毕建峰，鞠立彬，许力，黄修帅，申建业，张安国，钟行国（山东大恒能源科技集团有限公司，山东济南 250101）



V法低压铸造技术在GIS铝合金罐体生产中的应用

毕建峰，鞠立彬，许力，黄修帅，申建业，张安国，钟行国
（山东大恒能源科技集团有限公司，山东济南 250101）

摘要：利用V法低压铸造技术进行GIS铝合金罐体铸造，经过多次论证与试验，利用V法低压铸造技术成功浇铸500 kV超高压GIS铝合金罐体零件，并在研究大批量连续生产方式上取得了突破。

关键词：V法低压铸造技术；造型；铝合金；GIS罐体；大批量生产；连续生产

随着低压铸造、V法造型在铸造生产中的推广应用，近年来国内开始研究两种方法的结合，即V法低压铸造技术，并取得了一定成果。由于V法造型的特殊性，想要利用这种技术进行大规模生产，还存在一定难度，目前仅能进行小批量生产且效率不高。山东大恒能源科技集团有限公司长期以来一直在发电及输变电行业投入大量人力物力进行技术革新。经过多次论证与试验，利用V法低压铸造技术成功浇铸500 kV超高压GIS铝合金罐体零件，并在研究大批量连续生产方式上取得了突破。

1　低压铸造概况

低压铸造是近代出现的一种铸造方法，它须要借助低压铸造设备来实现，其原理是将冷却且干燥的空气通入存放金属液的保温炉内，使金属液在空气的压力下，经由升液管进入铸型内来完成浇铸的过程。低压铸造设备在国内的应用越来越广泛，特别是汽车行业、高压输变电行业、航空航天及军工等行业。许多有色金属铸造企业正渐渐将低压铸造转变为自己的主要铸造生产手段。

低压铸造与传统的重力铸造相比具有以下优点：

(1)金属液由于在压力下充型和结晶，可以显著提高铸件的内部质量；

(2)实现了顺序凝固和压力补缩，减少了浇冒口体积，提高了金属利用率；

(3)由于进入型腔的金属液是液面以下的部分，因此，金属液中不易夹渣及卷气，可以减少铸件的缺陷；

(4)PLC控制的浇铸系统，控制精度高、工艺参数重复性好、操作简单方便，实现了浇铸过程的高度可控制性，从而提高了铸件的成品率。

鉴于低压铸造的众多优点，特别是铝合金铸件，采用低压铸造手段进行生产的比例在逐年扩大。

2　V法造型概述

V法造型即真空密封造型，又称为“负压造型”或“减压造型”，国外取英文Vacuum（真空）一词的字头V为该种造型方法命名（V—Process），故简称此种造型方法为V法。V法造型是一种物理造型法，它是利用EVA塑料薄膜将砂型的型腔面和背面密封起来，然后依靠真空泵抽出密封空间内的空气形成负压，在负压的作用下使干砂紧实成型。此种造型法被称为第三代造型法，并且与消失模铸造一起被誉为“21世纪铸造新技术”，与传统的造型技术相比，V法造型的优点非常之明显。①V法造型采用无粘结剂和添加物的干砂造型，因此便省去了有关粘合剂、附加物和混砂设备，同时因为其落砂方便且旧砂回用率高（95%以上），也可省去相应的落砂及旧砂再生设备；②V法造型造出的铸型硬度高且均匀，拔模容易，同时型腔表面光洁、轮廓清晰、尺寸准确，可以提高铸件质量；③V法造型采用塑料薄膜密封干砂造型，减少了废弃物排放，降低了环境污染，而且铸件不容易粘砂，清理方便；④模具及砂箱使用寿命长，金属利用率高，并且在V法造型中，金属流动性好，充填能力强，可以造出薄壁铸件和复杂形状的铸件……总而言之，其众多的优点使V法造型成为了真正绿色环保的铸造工艺。

3　试验用低压铸造机主要技术指标

JS455型低压铸造机由工作平台、保温炉、液压系统、气控系统、电控系统和其它辅助设备等部分组成。工作时合完箱的砂型放置在工作平台上，平台可延竖直方向上下移动；保温炉在工作平台下，可由液压缸驱动延水平方向移动；保温炉与砂型浇口靠带有保温套的升液管连接。

表1　JS455型低压铸造机技术参数

本机核心部分是气控系统，又称为液面加压系统，它的作用就是控制整个的浇铸过程，其中可以设定五段的“时间-压力”参数，分别对应“升液”“充型”“结壳”“增压”“保压”这几个阶段。通过对气控系统参数的不同设定，可产生不同的加压工艺规程，如“稳压结晶”“急速增压”“结壳后升压结晶”等，以适应不同铸型的铸造需求。

4　利用V法低压铸造进行大批量生产时进行的几点改进

⑴V法造型浇铸完毕后，塑料薄膜被高温融化，负压逐渐消失，此时移动砂箱，由干砂形成的铸型便会自行溃散，这是V法造型的优点之一。但在低压浇铸时，砂箱放在工作平台上且采用的是由下向上的浇铸方式，砂型溃散便会使大量干砂遗留在平台上，甚至由升液管落入保温炉内。这样一来，不光清理起来非常麻烦，影响连续生产，还会导致铝液内夹杂杂质，使铸件产生缺陷。针对这一问题，在下箱的底面上加一块挡砂板，以防止浇铸完毕移开砂箱时有干砂掉落。挡砂板在下型的浇口处留有跟浇口尺寸相当的圆孔，便于铝液的浇铸。

图1　排气道

⑵砂型使用低压浇铸时，砂箱上型不能开明冒口，为了排出型腔内的空气，一般解决方法是使用尖锐细长的金属针扎气孔。而V法造型要靠塑料薄膜密封，以产生负压空间，故无法扎气孔。为顺利排气，造上型时在型腔的最高点和易憋气的位置埋入了金属排气道。实际使用的排气道如图1所示，是由两条铝合金长条合并，在接合面上加工蛇形凹槽而成。蛇形的凹槽既可以使气体顺利排出，又可延长气道并对铝液形成一定阻力，使铝液进入气道后迅速凝固，不至于冲出气道，发生危险。

⑶低压铸造属于压力铸造范畴，在这种浇铸方式下进入型腔的铝液是由一定压力驱动的，故分型面的密封应比重力铸造更加严密。V法造型的分型面由塑料薄膜形成，它的表面非常光滑，合箱后铝液比较容易从此处流出，轻则在铸件上出现较大的飞边，重则发生“跑火”现象，因此在试验时采用了三层密封：分型面处放置多道石棉绳；砂箱结合面铺设一圈浸过涂料的石棉布条；砂箱外接缝处抹上耐火泥。另外，为使砂箱能够压紧，在上下箱侧面的对应位置分别设置了多个侧耳，采用螺栓螺母压紧上下箱，进一步提高生产的安全性。

⑷低压铸造的液面加压系统由PLC控制，如果电路发生故障或者其他原因造成气压超调，则铝液有可能冲破上型，发生“冒顶”。为防止万一，在上箱上面压了一块大小与砂箱相当的6 mm厚的花纹钢板，这样既可以保证安全，又不会阻碍排气道排出型腔内的气体。

⑸砂型的浇口与升液管口是直接接触的，浇铸前升液管的温度一般保持在400 ℃左右，如果浇口与升液管口对接后等待时间过长，浇口处的塑料薄膜便会融化，以至负压消失，砂型溃散。为此，造型时采用一段树脂砂筒作为浇口，避免了塑料薄膜与升液管的直接接触。

⑹V法造型离不开负压气源，所以造型区、浇铸区和落砂区均限制在一定范围内，这也是V法低压铸造技术应用到大批量生产时的瓶颈。为解决这个问题，在试验时对工位布置进行了仔细的研究。

图2　结构示意图

一种布置方式是直线布置，保温炉可延直线运动，并可以进行升降。通过这种方式在几个工位之间进行连续浇铸（如图3）。

图3　直线布置方式

另一种布置方式是环形布置，保温炉固定不动。通过吊装砂箱的方式在一个浇铸工位上进行连续浇铸（如图4）。

图4　环形布置方式

5　试生产过程简介

(1)将保温炉移出工作平台，升温至800 ℃后加满处理好的铝液。

(2)利用快速定位装置把下箱放到工作平台上，并使用T型槽螺栓与螺母将下箱在工作平台上固定牢固。

(3)下树脂砂芯，在分型面上放置石棉绳、石棉布等密封材料。

(4)将上箱反转后与下箱合箱，并在上下箱对应的侧耳处使用螺栓螺母压紧，最后在外侧接缝处抹上耐火泥。

(5)升起工作平台，将保温炉移入，当保温炉到位后降下工作平台，使升液管与浇口对接，此时按下设备上的“浇铸”按钮进行浇铸。

(6)浇铸完毕后，松开下箱与工作平台之间的连接，将上箱与下箱同时吊起，移至落砂区。

(7)撤掉负压气源，拆开下部挡砂板与下箱之间的连接，再将砂箱吊走，此时砂型自然溃散。等铸件冷却后，将其从干砂中取出。

图5　试验现场

图6　试验铸件

6　结论

通过多次试验，稳定了浇铸参数以及补偿压力等问题，可以浇铸出合格铸件。在工位选择上，直线布置工位在气源设置、物流转换、生产流程和操作维护方面均优于环形布置方案，因此可作为V法低压铸造连续生产的首选方案。旧砂利用率高是V法低压铸造的一个优势，但因为都是干砂，整个铸造现场脏乱的现象比较严重，将落砂区和造型区进行合理规划，改善现场工作环境也是提高操作人员生产效率的有效措施。

参考文献

[1] 张东坡，吴慧鹏，王贵岭,等.铝合金罐体的铸造工艺[J]. 中国铸造装备与技术，2002(1)：32- 32.

[2] 庞胜仑，徐通生，赵松庆,等.用V法造型铸造ZL101A_T6铝合金耐压罐体的工艺试验研究[J].铸造技术，2009(10)：1246-1248.

[3] 丁苏沛，康敬乐，史学谦,等.GIS铝合金罐体的铸造技术[J].中国铸造装备与技术，2011(1)：8- 12.

Application of V-process & low pressure casting technology in GIS aluminium alloy tank casting

BI JianFeng ,JU LiBin,XU Li,HUANG XiuShuai,SHEN JianYe,ZHANG AnGuo,ZHONG XingGuo
(Shandong Daheng Energy Technology Group Co.,Ltd., Jinan 250101,Shandong,China)

Abstract:Using V-Process & Low pressure casting technology in GIS aluminium alloy tanks casting, and find a way to volume-produce and continuous casting by experiment, so V-Process & Low pressure casting technology can be widely used.

Keywords:V-Low-pressure casting; aluminium alloy; gis tank; volume-produce; continuous casting

作者简介：毕建峰（1981—），男，工程师，从事发电及输变电行业相关设备设计及生产.

收稿日期:2015- 10- 19

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .01 7

中图分类号：TG249.6；

文献标识码：A；

文章编号:1 006-9 658（201 6）01- 0049- 03

稿件编号:1510- 1106